RU2571399C1

RU2571399C1 - Differential amplifier based on radiation-resistant bipolar-field technological process for operation at low temperatures

Info

Publication number: RU2571399C1
Application number: RU2014143664/08A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Прокопенко; Олег Владимирович Дворников; Анна Витальевна Бугакова; Николай Владимирович Бутырлагин
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-12-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: sources corresponding to outlets of field transistors are connected to drains of appropriate inlets of a transistor, the gate of some outlets of field transistors is connected to gates of other appropriate field transistors, and sources of some inlets of field transistors via the first dipole is connected to the bus of the power supply source, and sources of other first field transistors via the second dipole are connected to a combining gate by the auxiliary gate of the auxiliary transistor.

EFFECT: provision of a radiation-resistant low-temperature differential amplifier due to p-channel field transistor of bipolar-field technological process.

7 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники и измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, работающих в условиях воздействия низких температур и радиации. The invention relates to the field of electronics and measurement technology and can be used as a device for amplifying the signals of various sensors, in the structure of analog microcircuits of various functional purposes, operating under conditions of low temperature and radiation.

Для работы в условиях космического пространства, в экспериментальной физике необходимы радиационно-стойкие усилители сигналов различных сенсоров, допускающие одновременное воздействие на них низких температур, потока нейтронов и т.п. Мировой опыт проектирования устройств данного класса показывает, что решение этих задач возможно с использованием полевых транзисторов, т.к. биполярные полупроводниковые приборы характеризуются резким уменьшением коэффициента усиления по току базы (β) при температурах, меньших -60°C÷-100°C.To work in outer space, in experimental physics, radiation-resistant signal amplifiers of various sensors are required that allow simultaneous exposure to low temperatures, neutron flux, etc. World experience in the design of devices of this class shows that the solution to these problems is possible using field-effect transistors, because bipolar semiconductor devices are characterized by a sharp decrease in the base current gain (β) at temperatures lower than -60 ° C ÷ -100 ° C.

Известны дифференциальные усилители (ДУ) на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом [1-6], предназначенные для работы при низких температурах.Known differential amplifiers (DU) on field-effect transistors with a p-n junction control [1-6], designed to operate at low temperatures.

Ближайшим прототипом (фиг. 1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель по патенту US №6.407.537, fig. 1. Он содержит первый 1 и второй 2 входные полевые транзисторы, затворы которых соединены с соответствующими первым 3 и вторым 4 входами устройства, масштабный резистор 5, включенный между истоками первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, первый 6 и второй 7 вспомогательные транзисторы, стоки которых соединены с истоками соответствующих первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, затворы объединены и связаны с первой 8 шиной источника питания через первый 9 вспомогательный двухполюсник, истоки первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов связаны с первой 8 шиной источника питания, вторую 10 шину источника питания, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 выходные полевые транзисторы, первый 15 выход устройства.The closest prototype (Fig. 1) of the claimed device is a differential amplifier according to US patent No. 6.407.537, fig. 1. It contains the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates of which are connected to the corresponding first 3 and second 4 inputs of the device, a large-scale resistor 5 connected between the sources of the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the first 6 and second 7 auxiliary transistors, the drains of which are connected to the sources of the corresponding first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates are combined and connected to the first 8 bus of the power supply through the first 9 auxiliary bipolar, the sources of the first 6 and second 7 auxiliary GOVERNMENTAL transistors 8 connected to the first power supply bus, the second power supply bus 10, the first 11, second 12, third 13 and fourth 14 output FETs, a first output 15 of the device.

Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он может быть выполнен в виде однокристальной микросхемы только на основе достаточно редких, как правило, не радиационно-стойких технологических процессов, реализующих одновременно полевые BiFET транзисторы с двумя типами проводимости канала (p, n). Это не позволяет применять известную схему ДУ при построении низкотемпературных радиационно-стойких микросхем на основе хорошо зарекомендовавшего себя радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса [7], который обеспечивает формирование только р-канальных полевых транзисторов с радиационной стойкостью до 1 Мрад и потоком нейтронов до 10¹³ н/см², а также незначительные изменения их параметров до -190°C.A significant drawback of the known remote control is that it can be made in the form of a single-chip microcircuit only on the basis of rather rare, as a rule, non-radiation-resistant technological processes that simultaneously realize BiFET field-effect transistors with two types of channel conductivity (p, n). This does not allow the well-known DE scheme to be used in constructing low-temperature radiation-resistant microcircuits based on the well-established radiation-resistant bipolar-field technological process [7], which ensures the formation of only p-channel field-effect transistors with radiation resistance up to 1 Mrad and a neutron flux up to 10 ¹³ n / cm ² , as well as minor changes in their parameters to -190 ° C.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании радиационно-стойкого низкотемпературного ДУ, реализуемого только на р-канальных полевых транзисторах биполярно-полевого технологического процесса (НПО «Интеграл» (г. Минск)) [7].The main objective of the invention is to create a radiation-resistant low-temperature remote control, implemented only on r-channel field effect transistors of a bipolar field process (NPO Integral (Minsk)) [7].

Поставленная задача достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг. 1, содержащем первый 1 и второй 2 входные полевые транзисторы, затворы которых соединены с соответствующими первым 3 и вторым 4 входами устройства, масштабный резистор 5, включенный между истоками первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, первый 6 и второй 7 вспомогательные транзисторы, стоки которых соединены с истоками соответствующих первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, затворы объединены и связаны с первой 8 шиной источника питания через первый 9 вспомогательный двухполюсник, истоки первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов связаны с первой 8 шиной источника питания, вторую 10 шину источника питания, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 выходные полевые транзисторы, первый 15 выход устройства, предусмотрены новые элементы и связи - исток первого 11 выходного полевого транзистора соединен со стоком первого 1 входного полевого транзистора и затвором третьего 13 выходного полевого транзистора через первый 16 дополнительный резистор, причем затвор первого 11 выходного полевого транзистора соединен с затвором третьего 13 выходного полевого транзистора, а сток первого 11 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания, исток второго 12 выходного полевого транзистора соединен со стоком второго 2 входного полевого транзистора и затвором четвертого 14 выходного полевого транзистора через второй 17 дополнительный резистор, причем затвор второго 12 выходного полевого транзистора соединен с затвором четвертого 14 выходного полевого транзистора, а сток второго 12 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания, исток третьего 13 выходного полевого транзистора соединен со вторым 18 выходом устройства и через первый 19 вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов, исток четвертого 14 выходного полевого транзистора соединен с первым 15 выходом устройства и через второй 20 вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов, причем стоки третьего 13 и четвертого 14 выходных полевых транзисторов связаны со второй 10 шиной источника питания.The problem is achieved in that in the differential amplifier of FIG. 1, containing the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates of which are connected to the corresponding first 3 and second 4 inputs of the device, a scale resistor 5 connected between the sources of the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the first 6 and second 7 auxiliary transistors, drains which are connected to the sources of the corresponding first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates are combined and connected to the first 8 bus of the power supply through the first 9 auxiliary two-terminal, the sources of the first 6 and second 7 auxiliary transistors are connected to the first 8 bus of the power source, the second 10 bus of the power source, the first 11, second 12, third 13 and fourth 14 output field-effect transistors, the first 15 output of the device, new elements and communications are provided - the source of the first 11 output field-effect transistor is connected to the drain of the first 1 input field-effect transistor and the gate of the third 13 output field-effect transistor through the first 16 additional resistor, and the gate of the first 11 output field-effect transistor is connected to the gate of the third 13 output field transistor stor, and the drain of the first 11 output field-effect transistor is connected to the second 10 bus of the power supply, the source of the second 12 output field-effect transistor is connected to the drain of the second 2 input field-effect transistor and the gate of the fourth 14 output field-effect transistor through the second 17 additional resistor, and the gate of the second 12 output field-effect transistor the transistor is connected to the gate of the fourth 14 output field-effect transistor, and the drain of the second 12 output field-effect transistor is connected to the second 10 bus of the power source, the source of the third 13 output p the transistor is connected to the second 18 output of the device and through the first 19 auxiliary bipolar connected to the combined gates of the first 6 and second 7 auxiliary transistors, the source of the fourth 14 output field-effect transistor is connected to the first 15 output of the device and through the second 20 auxiliary bipolar connected to the combined gates of the first 6 and the second 7 auxiliary transistors, and the drains of the third 13 and fourth 14 output field-effect transistors are connected to the second 10 bus power source.

На чертеже фиг. 1 показана схема ДУ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого устройства в соответствии с пп. 1 и 2 формулы изобретения.In the drawing of FIG. 1 shows a diagram of a remote control prototype, and in the drawing of FIG. 2 - diagram of the inventive device in accordance with paragraphs. 1 and 2 of the claims.

На чертеже фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 4 формулы изобретения, а на чертеже фиг. 4 - в соответствии с п. 4 формулы изобретения.In the drawing of FIG. 3 shows a diagram of the inventive device in accordance with paragraph 4 of the claims, and in the drawing of FIG. 4 - in accordance with paragraph 4 of the claims.

На чертеже фиг. 5 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 5, а на чертеже фиг. 6 - в соответствии с п. 6 формулы изобретения.In the drawing of FIG. 5 is a diagram of the inventive device in accordance with paragraph 5, and in the drawing of FIG. 6 - in accordance with paragraph 6 of the claims.

На чертеже фиг. 7 приведена схема первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, реализуемых в соответствии с п. 7 формулы изобретения в виде составных активных элементов. Такое решение повышает коэффициент усиления по напряжению ДУ в связи с увеличением выходных сопротивлений таких составных активных элементов (1 и 2).In the drawing of FIG. 7 shows a diagram of the first 1 and second 2 input field-effect transistors, implemented in accordance with paragraph 7 of the claims in the form of composite active elements. This solution increases the gain in the voltage of the remote control in connection with an increase in the output resistances of such composite active elements (1 and 2).

На чертеже фиг. 8 приведена схема заявляемого дифференциального усилителя фиг. 2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов АБМК [7].In the drawing of FIG. 8 is a diagram of the inventive differential amplifier of FIG. 2 in the PSpice environment on ABMK integrated transistor models [7].

На чертеже фиг. 9 показана частотная зависимость коэффициента усиления для дифференциального выхода усилителя фиг. 8.In the drawing of FIG. 9 shows the frequency dependence of the gain for the differential output of the amplifier of FIG. 8.

На чертеже фиг. 10 представлена схема заявляемого дифференциального усилителя фиг. 2 в среде PSpice на моделях транзисторов АБМК (при включении диодов Q13 и Q14 в истоке полевых транзисторов 6, 7 и R12=R13=6.5 кОм, R9=100 Ом, R2=R3=70 кОм, R4=R5=5 кОм).In the drawing of FIG. 10 is a diagram of the inventive differential amplifier of FIG. 2 in the PSpice environment on ABMK transistor models (when Q13 and Q14 diodes are turned on at the source of the field effect transistors 6, 7 and R12 = R13 = 6.5 kOhm, R9 = 100 Ohm, R2 = R3 = 70 kOhm, R4 = R5 = 5 kOhm).

На чертеже фиг. 11 приведена частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ДУ фиг. 10.In the drawing of FIG. 11 shows the frequency dependence of the voltage gain of the remote control of FIG. 10.

Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 входные полевые транзисторы, затворы которых соединены с соответствующими первым 3 и вторым 4 входами устройства, масштабный резистор 5, включенный между истоками первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, первый 6 и второй 7 вспомогательные транзисторы, стоки которых соединены с истоками соответствующих первого 1 и второго 2 входных полевых транзисторов, затворы объединены и связаны с первой 8 шиной источника питания через первый 9 вспомогательный двухполюсник, истоки первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов связаны с первой 8 шиной источника питания, вторую 10 шину источника питания, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 выходные полевые транзисторы, первый 15 выход устройства. Исток первого 11 выходного полевого транзистора соединен со стоком первого 1 входного полевого транзистора и затвором третьего 13 выходного полевого транзистора через первый 16 дополнительный резистор, причем затвор первого 11 выходного полевого транзистора соединен с затвором третьего 13 выходного полевого транзистора, а сток первого 11 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания, исток второго 12 выходного полевого транзистора соединен со стоком второго 2 входного полевого транзистора и затвором четвертого 14 выходного полевого транзистора через второй 17 дополнительный резистор, причем затвор второго 12 выходного полевого транзистора соединен с затвором четвертого 14 выходного полевого транзистора, а сток второго 12 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания, исток третьего 13 выходного полевого транзистора соединен со вторым 18 выходом устройства и через первый 19 вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов, исток четвертого 14 выходного полевого транзистора соединен с первым 15 выходом устройства и через второй 20 вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов, причем стоки третьего 13 и четвертого 14 выходных полевых транзисторов связаны со второй 10 шиной источника питания.A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for operating at low temperatures, FIG. 2 contains the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates of which are connected to the corresponding first 3 and second 4 inputs of the device, a scale resistor 5 connected between the sources of the first 1 and second 2 input field-effect transistors, the first 6 and second 7 auxiliary transistors, the drains of which connected to the sources of the corresponding first 1 and second 2 input field-effect transistors, the gates are combined and connected to the first 8 bus power supply through the first 9 auxiliary two-terminal, the sources of the first 6 and second 7 auxiliary transistors 8 connected to the first power supply bus, the second power supply bus 10, the first 11, second 12, third 13 and fourth 14 output FETs, a first output 15 of the device. The source of the first 11 output field-effect transistor is connected to the drain of the first 1 input field-effect transistor and the gate of the third 13 output field-effect transistor through the first 16 additional resistor, and the gate of the first 11 output field-effect transistor is connected to the gate of the third 13 output field-effect transistor, and the drain of the first 11 output field-effect transistor connected to the second 10 bus of the power source, the source of the second 12 output field-effect transistor is connected to the drain of the second 2 input field-effect transistor and the gate of the fourth 14 the output field-effect transistor through a second 17 additional resistor, the gate of the second 12 output field-effect transistor connected to the gate of the fourth 14 output field-effect transistor, and the drain of the second 12 output field-effect transistor connected to the second 10 bus of the power source, the source of the third 13 output field-effect transistor connected to the second 18 the output of the device and through the first 19 auxiliary two-terminal connected to the combined gates of the first 6 and second 7 auxiliary transistors, the source of the fourth 14 output field The first transistor is connected to the first 15 output of the device and through the second 20 auxiliary bipolar is connected to the combined gates of the first 6 and second 7 auxiliary transistors, and the drains of the third 13 and fourth 14 output field-effect transistors are connected to the second 10 bus of the power source.

На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, истоки первого 6 и второго 7 вспомогательных транзисторов связаны с первой 8 шиной источника питания через соответствующие первый 21 и второй 22 согласующие резисторы (двухполюсники).In the drawing of FIG. 2, in accordance with paragraph 2 of the claims, the sources of the first 6 and second 7 auxiliary transistors are connected to the first 8 bus of the power source through the corresponding first 21 and second 22 terminating resistors (bipolar).

На чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, сток первого 11 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания через первый 23 управляемый повторитель тока, а сток второго 12 выходного полевого транзистора связан со второй 10 шиной источника питания через второй 24 управляемый повторитель тока. Первый 23 управляемый повторитель тока имеет токовый вход 25 и выход 26, а также узел установления статического режима 27. Второй 24 управляемый повторитель тока имеет токовый вход 28, выход 29, а также узел установления статического режима 30.In the drawing of FIG. 3, in accordance with paragraph 3 of the claims, the drain of the first 11 output field-effect transistor is connected to the second 10 bus of the power supply via the first 23 controlled current repeater, and the drain of the second 12 output field-effect transistor is connected to the second 10 bus of the power supply through the second 24 controlled repeater current. The first 23 controlled current repeater has a current input 25 and output 26, as well as a static mode setting unit 27. The second 24 controlled current repeater has a current input 28, output 29, as well as a static mode setting unit 30.

На чертеже фиг. 4, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, первый 23 управляемый повторитель тока содержит первый 31 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 25 первого 23 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 26 первого 23 управляемого повторителя тока, а затвор связан со стоком первого 1 входного полевого транзистора, второй 24 управляемый повторитель тока содержит второй 32 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 28 второго 24 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 29 второго 24 управляемого повторителя тока, а затвор связан со стоком второго 2 входного полевого транзистора.In the drawing of FIG. 4, in accordance with paragraph 4 of the claims, the first 23 controlled current repeater comprises a first 31 matching field effect transistor, the source of which is connected to the input 25 of the first 23 controlled current repeater, the drain is connected to the output 26 of the first 23 controlled current repeater, and the gate is connected to the drain of the first 1 input field-effect transistor, the second 24 controlled current repeater contains the second 32 matching field effect transistor, the source of which is connected to the input 28 of the second 24 controlled current repeater, the drain is connected to the output 29 of the second 24 controlled current repeater, and the gate is connected to the drain of the second 2 input field-effect transistor.

На чертеже фиг. 5, в соответствии с п. 5 формулы изобретения, первый 23 управляемый повторитель тока содержит третий 33 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 25 первого 23 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 26 первого 23 управляемого повторителя тока, а затвор связан с истоком первого 11 выходного полевого транзистора, второй 24 управляемый повторитель тока содержит четвертый 34 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 28 второго 24 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 29 второго 24 управляемого повторителя тока, а затвор связан с истоком второго 12 выходного полевого транзистора.In the drawing of FIG. 5, in accordance with paragraph 5 of the claims, the first 23 controlled current repeater contains a third 33 matching field-effect transistor, the source of which is connected to the input 25 of the first 23 controlled current repeater, the drain is connected to the output 26 of the first 23 controlled current repeater, and the gate is connected to the source of the first 11 output field-effect transistor, the second 24 controlled current repeater contains a fourth 34 matching field effect transistor, the source of which is connected to the input 28 of the second 24 controlled current repeater, the drain is connected to the output 29 sec oh 24 controlled current repeaters, and the gate is connected to the source of the second 12 output field effect transistor.

На чертеже фиг. 6, в соответствии с п. 6 формулы изобретения, первый 23 управляемый повторитель тока содержит пятый 35 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 25 первого 23 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 26 первого 23 управляемого повторителя тока, а затвор связан со вторым 18 выходом устройства, второй 24 управляемый повторитель тока содержит шестой 36 согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом 28 второго 24 управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу 29 второго 24 управляемого повторителя тока, а затвор связан с первым 15 выходом устройства.In the drawing of FIG. 6, in accordance with paragraph 6 of the claims, the first 23 controlled current repeater contains a fifth 35 matching field-effect transistor, the source of which is connected to the input 25 of the first 23 controlled current repeater, the drain is connected to the output 26 of the first 23 controlled current repeater, and the gate is connected to the second 18 output of the device, the second 24 controlled current repeater contains a sixth 36 matching field effect transistor, the source of which is connected to the input 28 of the second 24 controlled current repeater, the drain is connected to the output 29 of the second 24 controlled repeater Ithel current, and its gate connected to the first output 15 of the device.

На чертеже фиг. 7, в соответствии с п. 7 формулы изобретения, каждый первый 1 и второй 2 входные полевые транзисторы выполнены как составные транзисторы, содержащие первый 37 и второй 38 дополнительные транзисторы, причем затвор первого 37 дополнительного транзистора является затвором первого 1 (второго 2) входного полевого транзистора, исток первого 37 дополнительного транзистора является истоком первого 1 (второго 2) входного полевого транзистора, исток второго 38 дополнительного полевого транзистора соединен со стоком первого 37 дополнительного транзистора, затвор второго 38 дополнительного транзистора связан с истоком первого 37 дополнительного транзистора, а сток второго 38 дополнительного транзистора является стоком первого 1 (второго 2) входного полевого транзистора.In the drawing of FIG. 7, in accordance with paragraph 7 of the claims, each of the first 1 and second 2 input field-effect transistors is made as composite transistors containing the first 37 and second 38 additional transistors, and the gate of the first 37 additional transistor is a gate of the first 1 (second 2) input field effect transistor, the source of the first 37 additional transistor is the source of the first 1 (second 2) input field-effect transistor, the source of the second 38 additional field transistor is connected to the drain of the first 37 additional transistor, The shutter 38 of the second additional transistor connected to the source of the first additional transistor 37, and the drain of the second additional transistor 38 is a drain of the first one (2 second) of the input FET.

Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг. 2.Consider the operation of the claimed remote control of FIG. 2.

Напряжение затвор - исток U_зи полевых транзисторов (1, 2, 11, 12) связано с током стока (истока) следующей приближенной формулыGate-source voltage U _{si of} field-effect transistors (1, 2, 11, 12) is connected with the drain current (source) of the following approximate formula

где I_c.max - максимальный ток стока при U_зи=0;where I _c.max is the maximum drain current at U _zi = 0;

U_отс - напряжение отсечки полевого транзистора при I_c≈0.U _OT - cutoff voltage of the field effect transistor at I _c ≈0.

Причем напряжения затвор-исток U_зи.11=I_c11R₁₆, U_зи.12=I_c12R₁₇ и, следовательно, с учетом (1) можно найти, что токи стока транзисторовMoreover, the gate-source voltage U _zi.11 = I _c11 R ₁₆ , U _zi.12 = I _c12 R ₁₇ and, therefore, taking into account (1), we can find that the drain currents of transistors

Таким образом, статические токи стока входных полевых транзисторов 1 и 2 устанавливаются соответственно первым 16 и вторым 17 дополнительными резисторами и зависят от крутизны стоко-затворной характеристики первого 11 и второго 12 выходных полевых транзисторов, т.е. от их геометрии.Thus, the static drain currents of the input field-effect transistors 1 and 2 are set by the first 16 and second 17 additional resistors, respectively, and depend on the steepness of the gate-gate characteristic of the first 11 and second 12 output field-effect transistors, i.e. from their geometry.

Коэффициент усиления по напряжению ДУ фиг. 2 (например, для второго 18 выхода) определяется уравнениемThe voltage gain of the remote control of FIG. 2 (for example, for the second 18 output) is determined by the equation

где

- эквивалентное сопротивление в узле А1,Where

- equivalent resistance in node A1,

S₁(S₂) - крутизна стоко-затворной характеристики первого 1 (второго 2) входного полевого транзистора.S ₁ (S ₂ ) is the slope of the gate-gate characteristic of the first 1 (second 2) input field-effect transistor.

Причем эквивалентная проводимость у_экв.А1 имеет три составляющие:Moreover, the equivalent conductivity at _{equiv. A1} has three components:

где у₁₁ - эквивалентная проводимость двухполюсника на первом 11 выходном полевом транзисторе;where y ₁₁ is the equivalent conductivity of a two-terminal on the first 11 output field-effect transistor;

у_вх.13 - входная проводимость третьего 13 выходного полевого транзистора;at _vkh.13 - input conductivity of the third 13 output field-effect transistor;

у_вых.1 - выходная проводимость первого 1 входного полевого транзистора:y _chan.1 - output conductance of the first FET 1 Input:

µ₁=10^-2÷10^-3 - коэффициент внутренней обратной связи первого 1 входного полевого транзистора, характеризующий влияние напряжения сток-затвор на его стоко-затворную характеристику.µ ₁ = 10 ^-2 ÷ 10 ^-3 is the internal feedback coefficient of the first 1 input field-effect transistor, characterizing the effect of the drain-gate voltage on its drain-gate characteristic.

Уравнение для проводимости у₁₁ в схеме фиг. 2 можно представить в видеThe equation for conductivity at ₁₁ in the circuit of FIG. 2 can be represented as

где µ₁₁=10^-2÷10^-3 - коэффициент внутренней обратной связи первого 11 выходного полевого транзистора, характеризующий влияние напряжения сток-затвор на его стоко-затворную характеристику.where μ ₁₁ = 10 ^-2 ÷ 10 ^-3 is the internal feedback coefficient of the first 11 output field-effect transistor, characterizing the effect of the drain-gate voltage on its drain-gate characteristic.

Если считать, что у_вых.1≈0, у_вх.13≈0,

, то уравнение для коэффициента усиления (4) принимает видIf we assume that at _output 1 ≈0, at _input 13 ≈0,

, then the equation for gain (4) takes the form

Таким образом, для повышения К_у необходимо использовать первый 11 и второй 12 выходные полевые транзисторы с как можно меньшей глубиной внутренней обратной связи (µ₁₁≈10^-2÷10^-3).Thus, to increase K _y, it is necessary to use the first 11 and second 12 output field-effect transistors with the smallest possible depth of internal feedback (µ ₁₁ ≈10 ^-2 ÷ 10 ^-3 ).

Схема фиг. 3, соответствующая п. 3 формулы изобретения, обеспечивает более высокие значения коэффициента усиления по напряжению за счет повышения эквивалентного сопротивления в узлах А1 и А2. Для этой цели применяются усилители тока 23 и 24, практическая реализация которых возможна по схемам фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6. Данные схемотехнические решения существенно уменьшают проводимость у₁₁, и следовательно эквивалентную проводимость в узле А1, которая, однако, будет ограничена выходной проводимостью входных транзисторов 1 и 2 (у_вых.1, у_вых.2).The circuit of FIG. 3, corresponding to paragraph 3 of the claims, provides higher values of the voltage gain by increasing the equivalent resistance in nodes A1 and A2. For this purpose, current amplifiers 23 and 24 are used, the practical implementation of which is possible according to the schemes of FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6. These circuitry solutions significantly reduce the conductivity at ₁₁ , and therefore the equivalent conductivity at node A1, which, however, will be limited by the output conductivity of the input transistors 1 and 2 (at _{output 1} , at _{output 2} ).

Так, в схемах фиг. 4 и фиг. 5 эквивалентные проводимости у₁₁, у₁₂ существенно уменьшаются:So, in the diagrams of FIG. 4 and FIG. 5 equivalent conductivities in ₁₁ , in _{12 are} significantly reduced:

где µ_ij - коэффициент внутренней обратной связи соответствующих (ij) полевых транзисторов, характеризующих влияние напряжения сток-затвор на их стоко-затворную характеристику.where µ _ij is the internal feedback coefficient of the corresponding (ij) field effect transistors characterizing the effect of the drain-gate voltage on their drain-gate characteristic.

Для минимизации составляющих у_вых.1 (у_вых.2) в эквивалентных проводимостях узлов Α1, А2 входные транзисторы 1 и 2 реализуются в соответствии с п. 7 формулы изобретения на основе составных транзисторов (чертеж фиг. 7). Применение составных активных элементов в качестве входных транзисторов 1 и 2 (фиг. 7), в соответствии с п. 7 формулы изобретения, уменьшает их эквивалентные выходные проводимости у_вых.1, у_вых.2 To minimize the components of _{output 1} ( _{output 2} ) in the equivalent conductivities of nodes Α1, A2, input transistors 1 and 2 are implemented in accordance with paragraph 7 of the claims on the basis of composite transistors (drawing of Fig. 7). The use of composite active elements as input transistors 1 and 2 (Fig. 7), in accordance with paragraph 7 of the claims, reduces their equivalent output conductivities at _{output 1} , _{output 2}

В конечном итоге это также повышает К_у.Ultimately, it also increases K _y .

Рассмотренный выше комплекс схемотехнических мер позволяет обеспечить повышенные значения одного из основных динамических параметров ДУ - коэффициента усиления по напряжению.The complex of circuitry measures considered above makes it possible to provide increased values of one of the main dynamic parameters of the remote control - voltage gain.

Экспериментальные исследования р-канальных полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса [7] подтверждают их работоспособность до температуры -190°С, накопленной дозы радиации до 1 Мрад и потоке нейтронов до 10⁺³ н/см².Experimental studies of r-channel field-effect transistors of a bipolar field process [7] confirm their operability up to a temperature of -190 ° C, an accumulated radiation dose of up to 1 Mrad and a neutron flux of up to 10 ⁺³ n / cm ² .

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages in comparison with the prototype.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент US 4.667.165 fig. 31. Patent US 4.667.165 fig. 3

2. Патент US 3.851.270 fig. 12. Patent US 3.851.270 fig. one

3. Патент US 6.433.638.3. Patent US 6.433.638.

4. Патент US 4.709.216 fig. 14. Patent US 4.709.216 fig. one

5. Патентная заявка US 2010/0117735 fig. 2.5. Patent application US 2010/0117735 fig. 2.

6. Патент US 5.563.598 fig. 6.6. Patent US 5.563.598 fig. 6.

7. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; под. общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО ЮРГУЭС, 2011. - 208 с. 7. The element base of radiation-resistant information-measuring systems: monograph / N.N. Prokopenko, O.V. Dvornikov, S.G. Krutchinsky; under. total ed. Doctor of Technical Sciences prof. N.N. Prokopenko; FSBEI HPE “South-Ros. state un-t economics and service. " - Mines: FSBEI HPE SRSUE, 2011. - 208 p.

Claims

1. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах, содержащий первый (1) и второй (2) входные полевые транзисторы, затворы которых соединены с соответствующими первым (3) и вторым (4) входами устройства, масштабный резистор (5), включенный между истоками первого (1) и второго (2) входных полевых транзисторов, первый (6) и второй (7) вспомогательные транзисторы, стоки которых соединены с истоками соответствующих первого (1) и второго (2) входных полевых транзисторов, затворы объединены и связаны с первой (8) шиной источника питания через первый (9) вспомогательный двухполюсник, истоки первого (6) и второго (7) вспомогательных транзисторов связаны с первой (8) шиной источника питания, вторую (10) шину источника питания, первый (11), второй (12), третий (13) и четвертый (14) выходные полевые транзисторы, первый (15) выход устройства, отличающийся тем, что исток первого (11) выходного полевого транзистора соединен со стоком первого (1) входного полевого транзистора и затвором третьего (13) выходного полевого транзистора через первый (16) дополнительный резистор, причем затвор первого (11) выходного полевого транзистора соединен с затвором третьего (13) выходного полевого транзистора, а сток первого (11) выходного полевого транзистора связан со второй (10) шиной источника питания, исток второго (12) выходного полевого транзистора соединен со стоком второго (2) входного полевого транзистора и затвором четвертого (14) выходного полевого транзистора через второй (17) дополнительный резистор, причем затвор второго (12) выходного полевого транзистора соединен с затвором четвертого (14) выходного полевого транзистора, а сток второго (12) выходного полевого транзистора связан со второй (10) шиной источника питания, исток третьего (13) выходного полевого транзистора соединен со вторым (18) выходом устройства и через первый (19) вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого (6) и второго (7) вспомогательных транзисторов, исток четвертого (14) выходного полевого транзистора соединен с первым (15) выходом устройства и через второй (20) вспомогательный двухполюсник подключен к объединенным затворам первого (6) и второго (7) вспомогательных транзисторов, причем стоки третьего (13) и четвертого (14) выходных полевых транзисторов связаны со второй (10) шиной источника питания.1. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures, containing the first (1) and second (2) input field-effect transistors, the gates of which are connected to the corresponding first (3) and second (4) inputs of the device , a large-scale resistor (5) connected between the sources of the first (1) and second (2) input field effect transistors, the first (6) and second (7) auxiliary transistors, the drains of which are connected to the sources of the corresponding first (1) and second (2) input field effect transistor tors, gates are combined and connected to the first (8) bus of the power source through the first (9) auxiliary two-terminal network, the sources of the first (6) and second (7) auxiliary transistors are connected to the first (8) bus of the power source, the second (10) bus of the source power supply, first (11), second (12), third (13) and fourth (14) output field effect transistors, first (15) device output, characterized in that the source of the first (11) output field effect transistor is connected to the drain of the first (1 ) the input field-effect transistor and the gate of the third (13) output field-effect transistor through the first (16) additional resistor, and the gate of the first (11) output field-effect transistor is connected to the gate of the third (13) output field-effect transistor, and the drain of the first (11) output field-effect transistor is connected to the second (10) bus of the power source, the source of the second ( 12) the output field-effect transistor is connected to the drain of the second (2) input field-effect transistor and the gate of the fourth (14) output field-effect transistor through the second (17) additional resistor, and the gate of the second (12) output field-effect transistor is connected to the gate solid (14) output field-effect transistor, and the drain of the second (12) output field-effect transistor is connected to the second (10) bus of the power source, the source of the third (13) output field-effect transistor is connected to the second (18) output of the device and through the first (19) auxiliary the two-terminal device is connected to the combined gates of the first (6) and second (7) auxiliary transistors, the source of the fourth (14) output field-effect transistor is connected to the first (15) output of the device and through the second (20) auxiliary two-terminal device is connected to the combined gates of Vågå (6) and second (7) auxiliary transistor, the drains of the third (13) and fourth (14) output FETs are connected to the second (10) power supply bus.

2. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 1, отличающийся тем, что истоки первого (6) и второго (7) вспомогательных транзисторов связаны с первой (8) шиной источника питания через соответствующие первый (21) и второй (22) согласующие резисторы.2. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures according to claim 1, characterized in that the sources of the first (6) and second (7) auxiliary transistors are connected to the first (8) bus of the power source through the corresponding first (21) and second (22) terminating resistors.

3. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 1, отличающийся тем, что сток первого (11) выходного полевого транзистора связан со второй (10) шиной источника питания через первый (23) управляемый повторитель тока, а сток второго (12) выходного полевого транзистора связан со второй (10) шиной источника питания через второй (24) управляемый повторитель тока.3. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures according to claim 1, characterized in that the drain of the first (11) output field-effect transistor is connected to the second (10) power supply bus through the first (23) a controlled current repeater, and the drain of the second (12) output field effect transistor is connected to the second (10) bus of the power source through a second (24) controlled current repeater.

4. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 3, отличающийся тем, что первый (23) управляемый повторитель тока содержит первый (31) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (25) первого (23) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (26) первого (23) управляемого повторителя тока, а затвор связан со стоком первого (1) входного полевого транзистора, второй (24) управляемый повторитель тока содержит второй (32) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (28) второго (24) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (29) второго (24) управляемого повторителя тока, а затвор связан со стоком второго (2) входного полевого транзистора.4. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures according to claim 3, characterized in that the first (23) controlled current follower contains a first (31) matching field-effect transistor, the source of which is connected to the input ( 25) of the first (23) controlled current repeater, the drain is connected to the output (26) of the first (23) controlled current repeater, and the gate is connected to the drain of the first (1) input field-effect transistor, the second (24) controlled current repeater contains the second (32) accord uyuschy field effect transistor, whose source is connected to the input (28) of the second (24) current managed repeater, a drain connected to the output (29) of the second (24) current managed repeater, and the gate connected to the drain of the second (2) of the input FET.

5. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 3, отличающийся тем, что первый (23) управляемый повторитель тока содержит третий (33) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (25) первого (23) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (26) первого (23) управляемого повторителя тока, а затвор связан с истоком первого (11) выходного полевого транзистора, второй (24) управляемый повторитель тока содержит четвертый (34) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (28) второго (24) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (29) второго (24) управляемого повторителя тока, а затвор связан с истоком второго (12) выходного полевого транзистора.5. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for operating at low temperatures according to claim 3, characterized in that the first (23) controlled current follower contains a third (33) matching field-effect transistor, the source of which is connected to the input ( 25) of the first (23) controlled current repeater, the drain is connected to the output (26) of the first (23) managed current repeater, and the gate is connected to the source of the first (11) output field effect transistor, the second (24) controlled current repeater contains the fourth (34) from the matching field effect transistor, the source of which is connected to the input (28) of the second (24) controlled current repeater, the drain is connected to the output (29) of the second (24) controlled current repeater, and the gate is connected to the source of the second (12) output field effect transistor.

6. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 3, отличающийся тем, что первый (23) управляемый повторитель тока содержит пятый (35) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (25) первого (23) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (26) первого (23) управляемого повторителя тока, а затвор связан со вторым (18) выходом устройства, второй (24) управляемый повторитель тока содержит шестой (36) согласующий полевой транзистор, исток которого соединен со входом (28) второго (24) управляемого повторителя тока, сток подключен к выходу (29) второго (24) управляемого повторителя тока, а затвор связан с первым (15) выходом устройства.6. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures according to claim 3, characterized in that the first (23) controlled current follower contains a fifth (35) matching field-effect transistor, the source of which is connected to the input ( 25) of the first (23) controlled current repeater, the drain is connected to the output (26) of the first (23) controlled current repeater, and the gate is connected to the second (18) output of the device, the second (24) controlled current repeater contains a sixth (36) matching field trans a source whose source is connected to the input (28) of the second (24) controlled current repeater, the drain is connected to the output (29) of the second (24) controlled current repeater, and the gate is connected to the first (15) output of the device.

7. Дифференциальный усилитель на основе радиационно-стойкого биполярно-полевого технологического процесса для работы при низких температурах по п. 3, отличающийся тем, что каждый первый (1) и второй (2) входные полевые транзисторы выполнены как составные транзисторы, содержащие первый (37) и второй (38) дополнительные транзисторы, причем затвор первого (37) дополнительного транзистора является затвором первого (1) (второго (2)) входного полевого транзистора, исток первого (37) дополнительного транзистора является истоком первого (1) (второго (2)) входного полевого транзистора, исток второго (38) дополнительного полевого транзистора соединен со стоком первого (37) дополнительного транзистора, затвор второго (38) дополнительного транзистора связан с истоком первого (37) дополнительного транзистора, а сток второго (38) дополнительного транзистора является стоком первого (1) (второго (2)) входного полевого транзистора. 7. A differential amplifier based on a radiation-resistant bipolar field process for working at low temperatures according to claim 3, characterized in that each first (1) and second (2) input field-effect transistors are made as composite transistors containing the first (37 ) and the second (38) additional transistors, and the gate of the first (37) additional transistor is the gate of the first (1) (second (2)) input field-effect transistor, the source of the first (37) additional transistor is the source of the first (1) (second (2 (2) )) input of the second transistor, the source of the second (38) additional field effect transistor is connected to the drain of the first (37) additional transistor, the gate of the second (38) additional transistor is connected to the source of the first (37) additional transistor, and the drain of the second (38) additional transistor is the drain of the first (1) (second (2)) input field effect transistor.